六杆柔顺机构的伪刚体模型

设计了一种六杆柔顺机构,建立了该机构的伪刚体模型,伪刚体模型显示该机构由两个柔顺滑块机构串联而成.根据伪刚体模型对该六杆柔顺机构进行了变形分析,推导出六杆柔顺机构伪刚体模型的力-位移关系的一般理论计算公式,进而得到该机构实例的分析结果.用ANSYS软件对该设计实例进行了力-位移关系的有限元仿真分析,同时加工制造出该设计实例的实物模型并进行了实验测量.对理论计算结果、仿真分析结果和实际测量结果进行了比较,三种方法所得结果基本一致,表明了理论公式的推导与分析是正确的,仿真建模分析也是正确的,并且该实例的设计是可行的,达到了设计目的.     

六杆柔顺机构的伪刚体模型

设计了一种六杆柔顺机构,建立了该机构的伪刚体模型,伪刚体模型显示该机构由两个柔顺滑块机构串联而成.根据伪刚体模型对该六杆柔顺机构进行了变形分析,推导出六杆柔顺机构伪刚体模型的力-位移关系的一般理论计算公式,进而得到该机构实例的分析结果.用ANSYS软件对该设计实例进行了力-位移关系的有限元仿真分析,同时加工制造出该设计实例的实物模型并进行了实验测量.对理论计算结果、仿真分析结果和实际测量结果进行了比较,三种方法所得结果基本一致,表明了理论公式的推导与分析是正确的,仿真建模分析也是正确的,并且该实例的设计是可行的,达到了设计目的.     

全柔性滑块机构的设计与分析

采用伪刚体模型法对全柔性滑块机构进行了变形分析,设计了一种微型全柔性滑块机构,并主要对其中的柔性移动副进行了设计与分析,给出了该设计实例柔性移动副的等效弹簧力,进而得到微型全柔性滑块机构伪刚体模型的分析结果. 同时用有限元方法对该实例进行了仿真分析,两种方法所得结果基本一致,表明了理论分析是正确的,该实例的设计是可行的.     

双层LEMs提升机构设计与分析

设计了基于平面折展扭转铰链(LET)和长铰链的双层平面折展机构(LEMs)提升机构,给出了设计结构,推导了长铰链的等效扭转刚度计算公式,建立了机构的伪刚体模型,并利用虚功原理推导了机构输入力与输出转角的关系式,计算了提升高度.对设计实例进行了理论计算和有限元仿真分析,得到机构提升高度的理论值及仿真值,其相对误差都在3%以内.利用聚丙烯材料按照设计尺寸制作了该双层LEMs提升机构,在滑块位移相同的情况下,机构提升高度的实测值和仿真值基本一致.     

柔性电热镍微夹钳结构设计及加工测试研究

把柔性机构的设计方法--伪刚体法应用于柔性微夹钳的设计中,得到一种新结构形式的电热微夹钳,用UV-LIGA方法进行加工制作,并进行动态性能测试. 从对称的平面十杆刚性机构得到其伪刚体模型,对伪刚体模型进行优化并柔性化得到放大20倍的柔性微夹钳钳体,通过仿真验证了设计的正确性和可靠性. V形电热驱动器与柔性钳体集成到一起,形成柔性电热微夹钳. 用SU-8胶做电铸铸模,钛和二氧化硅做牺牲层,铜做种子层,在氨基磺酸镍电铸液中进行电铸,加工出最小特征尺寸10 μm,厚度30 μm的电热镍微夹钳. 最后对制作的微夹钳在0～1.5 V直流电压下进行动态测试,夹持端位移最大可达24 μm.     

微/纳传动平台沿坐标轴运动分析的键合图法

采用柔顺机构学、材料力学、伪刚体法、卡氏定理及键合图基本理论,结合6自由度微/纳传动平台的工作原理,建立了桥式放大机构及微/纳传动平台的伪刚体模型及该平台沿坐标轴移动的键合图模型,推导了桥式放大机构的输出刚度方程、平台移动的特征方程及状态方程.通过Matlab/Simulink求解仿真分析,获得了该平台沿坐标轴移动的位移仿真曲线及柔性铰链角位移仿真曲线.应用Ansys13.0,对该平台进行了运动仿真分析,搭建了实验平台,进行了试验测量,并对Smulink仿真值、有限元分析值及实验值进行了对比分析,其结果变化规律基本一致,验证了利用键合图方法分析微/纳传动平台移动特性的正确性及可行性,为全柔性机构的研究提供了新的有效的方法.     

柔性结构微夹持器的分析及优化

针对压电陶瓷输出行程有限和微夹持器末端不易实现平行输出的问题,设计一种具有二级位移放大机构和位移导向机构的微夹持器。基于伪刚体模型推导微夹持器的放大倍率、输入刚度和固有频率的理论模型,并通过有限元分析验证理论模型的正确性。探讨各结构参数对放大倍率和固有频率的影响。基于统一目标函数法,以提高微夹持器的放大倍率和固有频率为目标,对微夹持器的各结构参数进行了多目标加权优化。优化结果表明,微夹持器的放大倍率和固有频率都有较大提升,优化结果符合预期。由此可知该微夹持器具有较大的输出行程与良好的平行输出性能,设计符合预期要求。     

面向高精度放大比的微动机构设计与实现

以一种微位移放大模块为研究对象,提出一种以高精度放大比为目标的参数设计方法. 根据伪刚体模型法建立各柔性单元的变形协调关系,利用拉格朗日能量守恒原理推导出系统能量与柔性单元位移的对应关系,在此基础上采用系统能量均布原则使得结构参数关联化,实现了微位移放大模块结构参数的层递式设计. 同时应用有限元ANSYS软件对微位移放大模块进行仿真分析,对比分析表明该理论计算方法与软件仿真结果偏差为6.25%,为面向高精度放大比的微动机构参数设计提供了理论依据.      

多层LEMs性能与结构参数的关系

建立一多层LEMs柔顺机构的一般伪刚体模型.基于LET铰链等效弹簧刚度模型,推导出LEMs输入载荷和输出角位移的一般理论计算公式.分析了影响机构角位移输出的主要结构参数,以及相同载荷下这些参数对角位移输出的影响趋势.根据分析结果,对机构实例的结构尺寸参数设计了一组初始值.通过实例的理论计算与有限元仿真,分析得到机构的LET外铰链扭转片段长度和宽度尺寸变化对角位移和误差的不同影响效果.     

三自由度精密定位工作台的设计与运动学分析

针对精密柔性工作台多自由度高精度运动的需求,设计了一种采用柔性并联构型和压电陶瓷驱动的三自由度定位平台,通过建立的伪刚体模型进行运动学正解分析,并引入修正系数消除长杆柔性及柔性铰链中心偏移对工作台位移输出的影响,进一步提高了所建数学模型的精确度.利用有限元分析工具仿真了所设计的定位工作台的性能,确定了该工作台的修正系数矩阵,最终仿真试验验证了所建运动学模型的正确性.     

按输出力(力矩)特性曲线设计凸轮机构

介绍了一种按输出力 (力矩 )特性曲线设计凸轮机构的新方法 .阐述了这种设计方法的理论依据 ,并将这种设计方法应用在高电压等级、高工作电流单相单断口真空断路器的弹簧操动机构中 .结果表明 :用这种方法设计的凸轮机构完全能满足机构所要求的输出力特性的要求 ,且机构的性能明显优于用传统方法设计的机构     

基于模糊PID的CVT夹紧力控制

针对金属带式无级变速器(CVT)夹紧力不合理造成传动效率低的问题,提出基于模糊PID的CVT夹紧力控制方法.为保证主、从动带轮夹紧力满足转矩传递要求同时实现夹紧力控制、速比控制解耦,研究了夹紧力的唯一控制原理.提出目标夹紧力的模糊计算方法,使目标夹紧力控制在最佳范围内.设计模糊PID控制方法,首先应用模糊控制使夹紧力快速稳定在目标夹紧力小范围内,然后通过PID寻优达到目标夹紧力.试验结果表明通过对目标夹紧力的模糊计算可以在保证不打滑的情况下,有效降低目标夹紧力;通过从动轮夹紧力的模糊PID控制方法,可以使从动轮夹紧力快速、准确达到目标夹紧力,并消除比例溢流阀饱和特性对控制性能的影响.     

Experimental Investigations of Axial Force Monitoring and Control for Friction Stir Welding Process

Friction stir welding( FSW) is a solid-state welding process that utilizes a rotating tool to induce gross material plastic deformation and join two parts together. A large number of studies have indicated that axial force control can be used to achieve good welding quality. However,in the welding process,due to workpiece's geometry error,improper clamping and other process variations,the axial force can vary significantly and produce welding defects.The control of force in the process of FSW is investigated. At first,the development and evaluation of a closed-loop control system is described,which is equipped with a custom real-time wireless force dynamometer for FSW. Then,an axial force controller is designed based on nonlinear force controllers for FSW. Experimental validations are carried out on an FSW platform. The experimental results demonstrate that the controller maintains the constant axial force and shows desirable dynamic behavior, even when the disturbance is encountered during the welding process.     

肠道内窥镜活检机器人系统

基于肠道活检诊疗任务,设计了气囊钳位和活检机构,研制出肠道胶囊内窥镜机器人,完成了在肠道中的自主运动、视频检查和活检取样任务,并通过实验检测了肠道活检机器人系统的性能.结果表明:采用花瓣气囊能够减小容积,缩短打气时间,并使钳位力提高至1.56N;所用活检钳的剪切力大于10N,且活检过程可视、动作可重复;在无线供能条件下,所研制的系统运行稳定.     

长孔螺栓板式摩擦耗能器滞回性能试验研究

设计一种长孔螺栓板式摩擦耗能器,通过低周往复荷载试验重点研究了螺栓预紧力、滑动位移幅值和摩擦片等因素对摩擦耗能器滞回性能的影响.试验结果表明:长孔螺栓板式摩擦耗能器滞回曲线接近理想矩形,耗能器在多次循环荷载作用下耗能能力强,工作性能稳定;随预紧力吨位的增加,耗能器滑动界面抵抗机理由摩擦型向摩擦-咬合型转变,咬合作用提高了耗能器的滑动荷载;长孔螺栓板式耗能器最大稳定滑动摩擦力达178.66 kN,能较好的满足新建工程和加固工程的需要.在试验研究基础上,建立了长孔螺栓板式摩擦耗能器的恢复力模型,模型与试验结果吻合良好,具有较强的适用性.     

煤气管道机器人管径适应调整机构分析

提出了一种基于平行四边形轮腿机构、采用丝杠螺母调节方式的煤气管道检测机器人管径适应调整机构,介绍了该机构的工作原理;围绕机器人牵引能力的改善,对其工作过程中相关力学特性建立了数学模型,并进行了实验测试和验证,结果表明理论分析是正确的.该管径适应调整机构具有结构简单、管径适应范围大的特点.     

注塑机双肘杆合模机构的优化设计

为了提高注塑机合模机构的合模力和启闭模效率,降低能耗,研究了双肘杆合模机构力的放大倍数和行程比与肘杆尺寸以及肘杆轴线夹角关系的公式,并分别以此作为目标函数,应用MATLAB优化工具箱对合模机构进行结构尺寸优化,所得结果明显优于传统的设计方法所得结果.通过分析比较原始设计方案、追求力的放大倍数的设计方案和追求行程比最大的设计方案,得出其最优的设计方案.     

基于拓扑优化的微夹钳设计

采用以互能和应变能比值作为目标函数的柔性结构拓扑优化方法完成了微夹钳的概念设计.结合具体的夹持对象和工作环境,在微夹钳概念设计基础上确定了微夹钳的最终结构形式.采用有限元法分析了微夹钳的传动比与夹持力,并在万能工具显微镜下测量了微夹钳原型的传动比与夹持力.试验结果表明:当微夹钳钳口尺寸为0.45mm时,微夹钳的平均传动比为22.89,最大夹持力为356.16mN,并且钳口的位移和夹持力与压电陶瓷的输入位移有良好的线性关系,与有限元计算结果基本吻合.这表明连续体拓扑优化方法在微夹钳的设计中有着重要指导作用.     

液压四足机器人新型腿结构设计与性能分析

为实现机器人的高负载、不平地面的高适应性运动要求,设计了一种新型的液压四足机器人腿结构。提出了腿模块机构,是带有平行四边形结构的四连杆腿模块机构,与传统的曲柄滑块四连杆机构进行了运动分析比较。基于MATLAB的SimMechanics软件模块,进行了仿真分析。结果表明带有平行四边形结构的四连杆腿模块机构具有较好的传动性能,该种腿结构的液压缸运动更为平稳,可确保机器人整体性能的优越性,为液压驱动的足式机器人腿结构设计提供新的设计途径。     

轴销式少齿差行星齿轮传动研究

提出了一种能实现平行轴传动的新型轴销式少齿差行星齿轮机构，阐述了其基本结构、克服死点机理和运动几何条件．针对平面多曲柄输入机构中存在的虚约束，在运动副接触变形协调的基础上建立机构受力分析模型，对机构的受力状况进行了分析计算．